温度场分析

1温度场分析的意义

2离合器温度场分析的前提条件

进行膜片弹簧离合器温度场分析时要考虑到很多因素的影响，在这些因素

中有些是主要的因素，有些是次要的因素。根据目前的研究条件和国内外对此研究的进展状况，针对本研究主要进行如下方面的假设啪儿驯。

(1)在离合器接合过程中，压盘摩擦片间不断地流入和流出，因此其温度在

不断的变化，则摩擦片压盘的材料热性能参数要受到温度的影响。由于实验仪器的限制，不能够测量这些参数的变化，故在这里假设压盘和摩擦片的材料热性能参数不随温度变化。

(2)任何有温度的物体都要向外辐射能量，离合器也不例外。由于离合器接

合分离的时间很短，且压盘和摩擦片的温度不是很高，考虑到辐射计算的复杂性，暂不考虑离合器的辐射散热。

(3)实际工作中，离合器由于温度过高，或者散热不好，材料的物理化学性

质就会发生变化，比如塑性变形、析氢等现象。这些现象在温度场求解中是很难实现的，因此在该分析中将此现象忽略掉。

(4)摩擦热的产生，总是会有各种现象可能会带走部分的摩擦热，如磨损会

带走摩擦热。为了分析问题方便，认为摩擦热流完全被压盘和摩擦片吸收。(5)根据产生热量来源的滑摩功计算公式可判断出压盘摩擦片的温度场是

沿径向和轴向变化的二维温度场。

3用Pro/E软件建立离合器压盘模型

通过Pro/E软件对离合器压盘进行全面的三维建模，见图4-1。Pro/E建模主要通过线框的拉伸和剪切。所建立压盘三维模型数据如下：压盘外径为180mm，内径为120mm，材料为灰铸铁HT200铸成。

4有限元温度场分析前提条件

（1）结构离散化

结构离散化就是将结构分成有限个小的单元，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。结构的离散化是有限元法分析多的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限元法的基础步骤，包含以下的内容：

1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这个包括单元形状、单元节点与节点自由度等三个方面的内容。

2）单元划分。划分单元时应注意一下几点：①网格划分越细，节点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。②单元形态应该尽可能接近相应的正多边形或者正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长度不宜

长宽相差过大等。③单元节点应与相邻单元节点相连接，不能置于相邻单元边界上。④同一单元由同一种材料构成。⑤网格划分应尽可能有规律，以利于计算机自动生成网格

3）节点编码

（2）单元选定

选用三维实体单元,本模型采用常用的八节点六面体单元(SOLID 70)

（3）边界条件

热传导方程建立了温度与时间、空间的关系，但满足热传导方程的解有无限多个。为了得到所要求的温度场，还需要知道定解条件，即所要求解问题的初始条件和边界条件。

初始条件为初始瞬间固体内部的温度分布，可用下式表示：

当τ=O 时，T=T(x,y ，z)

边界条件是固体表面与周围介质相互作用的规律，有两种类型的边界条件：

(1)第一类边界条件—温度边界条件

固体表面温度是时间f 的已知函数，即在边界1S 上温度为已知： )(τΦ=T

这种边界条件称为“强加边界条件"，或者“本质边界条件”。

(2)第二类边界条件—热交换边界条件

固体表面与流体(或空气)接触时，通过固体表面的热流密度，与固体表 面温度T 和流体温度∞T 之差成正比，即(在边界2S 上)有：

0)(=T -T ++∂T ∂+∂T ∂+∂T ∂∞h q n x k n x k n x k z z y y x x 式中z y x n n n ,,为边界表面向外法线的方向余弦。q 为边界上热传导引起的热耗散， h 为表面放热系数，)(∞T -T h 为由于对流引起的热耗散。

当∞→h 时，由上式得到： 0=T -T ∞

即∞T =T ，此时即退化为特殊的第一类边界条件。

稳态热传导问题的温度场问题与时间无关，采用有限元单元进行离散以后，可以直接得到有限元的单元方程。在热传导的问题中，场变量是温度，是标量场。瞬态热传导问题的温度场是随时间变化的。在空间域有限元离散后，得到的是一阶常微分方程组。它的解法原则上和动力学问题类同，可以采用模态叠加法或直接积分法。但从实际应用考虑，更多的是采用后者。瞬态温度场与稳态温度场主要的差别是瞬态温度场的场变量不仅是区域内部点的坐标函数，而且还是时间t 的函数，但是时间和空间两种区域并不耦合。求解这类问题的方法是在空间域采用有限元格式离散，而在时间域采用差分法离散。

5.5在ANSYS软件中对鼓式制动器进行有限元热力学分析过程5.5.1.参数的确定

压盘材料的热性能参数如下表：

名称外径内径比热

容密度导热

系数

材料

压盘180 129 540 7300 50 HT200

5.5.1.网格的划分

有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。由于采用自由网格划分技术划分网格只能将体划分成四面体网格，造成有限元模型网格数量大，降低了计算的精度和速度，而映射网格划分生成的有限网格形状规则，数量上要比相应的自由网格少很多，不仅节省计算时间，而且提高了计算精度。

划分网格时选择单元为SOLID 70，有利于后续对压盘进行的热应力耦合分析。压盘的结构很不规则，先将它在UG中分割成能够化成映射

网格的规则小块，再对其GLUE，然后再SWEEP扫掠，获得映射网格。三个厂

家压盘及摩擦片网格划分结果如下图所示。

5.5.1.选定分析类型

从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，ANSYS热分析包括稳态热分析和瞬态热分析两类基本分析。

(1)稳态热分析：系统的温度场不随时间变化

如果系统的净热流率为O，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：0

q-

q=

+

流出

生成

流入

q，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为(以矩阵形式表示) []{}{}Q

T

K=

其中，[]K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；{}T为节

点温度向量；{}Q为节点热流量向量，包含热生成。

(2)瞬态热分析：系统的温度场是时间的函数，随时间变化。

瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件及系统内能随时间都有明显的变化。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为(以矩阵形式表示)

[]{}[]{}{}Q

T

K

T

C=

+